17. ročník - č. 2/2008
TUNEL PRAHA – BEROUN A ZÁKLADNÍ PARAMETRY OBDOBNÝCH TUNELŮ THE PRAGUE – BEROUN TUNNEL AND BASIC PARAMETERS OF SIMILAR TUNNELS MATOUŠ HILAR, MARTIN SRB
1. ÚVOD V současné době probíhá příprava výstavby vysokorychlostního železničního tunelu Praha – Beroun, který bude mít délku 24,7 km. Tento tunelový projekt nemá v České republice obdoby. V rámci dopravních tunelů v České republice se jedná o nejdelší a nejnákladnější tunel, s nejvyšším nadložím a s nejvyšší návrhovou rychlostí. Na většině tunelu je předpokládána u nás dosud nepoužitá ražba moderními plnoprofilovými tunelovacími stroji (TBM). Objem vytěžené rubaniny bude přibližně 6,5 mil. m3, způsob nakládání s rubaninou bude nutné vhodně vyřešit především z logistického a ekologického hlediska. Dále je očekávaná možnost výskytu krasových jevů na části trasy ražené konvenčním způsobem (NRTM). Jedinečnost projektu v rámci ČR je důvodem pro zohlednění a využití zahraničních zkušeností při přípravě této stavby. Základní informace o připravovaném projektu a o obdobných stavbách v zahraničí přináší následující článek. Investorem a zadavatelem projektu je SŽDC s. o. (Stavební správa Plzeň), hlavním projektantem stavby je SUDOP Praha a. s., projektantem tunelů ražených pomocí TBM je Metroprojekt Praha a. s. Technickým poradcem investora pro podzemní stavby je D2 Consult Prague s. r. o., geotechnickým konzultantem investora je SG-Geotechnika a. s. 2. VÝVOJ PŘÍPRAVY TUNELU PRAHA – BEROUN V rámci přípravy optimalizace tratí 3. tranzitního železničního koridoru byla v roce 2002 zpracována územně technická studie pro úsek
1. INTRODUCTION The construction of the 24.7km long Prague – Beroun high-speed railway tunnel is currently in the planning stage. This tunnelling project has no equivalent in the Czech Republic. Within the framework of transit tunnels in the Czech Republic, this is the longest and the most expensive tunnel, with the highest overburden and the highest design speed. The excavation method using modern tunnel boring machines, which has never been used in the Czech Republic, is expected to be applied to the major portion of the excavation. The volume of muck will reach approximately 6.5 million m3; the problem of muck handling will have to be appropriately dealt with, above all from the logistic and environmental points of view. In addition, the possibility of the occurrence of karst phenomena is expected within the section of the route which is to be driven traditionally, by the NATM. The uniqueness of this project within the framework of the Czech Republic is the reason why foreign experience should be taken into account and used in the project planning stage. This paper provides basic information about the project preparation and about similar projects existing abroad. The project owner and client for the designer is Railway Infrastructure Administration, state organisation (Civil Engineering Administration Plzeň), the principal designer of the project is SUDOP Praha a.s., the designer for the TBM driven tunnels is Metroprojekt Praha a.s.; D2 Consult Prague s.r.o. is client’s engineering consultant for underground structures; client’s geotechnical consultant is SG Geotechnika a.s.
Varianta 1 Variant 1
Varianta 2 Variant 2
Varianta 3 Variant 3
Varianta 4 Variant 4
Stávající trať Existing track route Obr. 1 Zvažované varianty trasy, zvolena byla Varianta 1 (Krása a spol. 2007) Fig. 1 Route variants under consideration; winning Variant 1 (Krása et al. 2007)
4
17. ročník - č. 2/2008
Portál Bodio Bodio portal Multifunkční stanice Faido Faido multifunction station Nouzová stanice Emergency stop station
Šachta Sedrun Sedrun shaft
Přístupový tunel Faido Faido access tunnel
Multifunkční stanice Sedrun Sedrun multifunction station
Portál Erstfeld Erstfeld portal
Nouzová stanice Emergency stop station
Přístupový tunel Amsteg Amsteg access tunnel
DETAIL NOUZOVÉ STANICE EMERGENCY STOP STATION DETAIL Obr. 2 Gottharský bázový tunel – uspořádání (www.alptransit.ch) Fig. 2 The Gotthard base tunnel configuration (www.alptransit.ch)
Praha Smíchov – Plzeň hl. n. V této dokumentaci byla navržena podle zadání optimalizace trati ve stávající stopě s místním zlepšením směrových poměrů. Následně bylo zahájeno zpracování dokumentací pro územní řízení. Během zpracování se potvrdilo, že provozovaná železniční trať mezi Prahou a Berounem sledující tok Berounky neumožňuje zásadní zvýšení rychlosti dopravy, neboť se bezprostředně dotýká území CHKO Český kras, což nedovoluje realizovat významnější změny směrového vedení. Proto bylo rozhodnuto o prověření nového vysokorychlostního železničního spojení Praha – Beroun pomocí dlouhých tunelů. Bylo zpracováno několik variant nového spojení vedených zčásti tunely a zčásti po povrchu. Prověření těchto variant dospělo k závěru o jejich nereálnosti vzhledem k zastavěnosti území západně od Prahy. Proto byla hledána další řešení s využitím velmi dlouhých tunelů pro většinu trasy. V roce 2005 byla zpracována územně technická studie, která předpokládala vedení nové železniční trati z Hlubočep v Praze tunelem Barrandov délky 19 km do údolí říčky Loděnice u obce Svatý Jan pod Skalou. Údolí měla nová trasa přejít 700 m dlouhou mostní estakádou, za níž by následoval tunel Svatý Jan o délce 4 km s vyústěním v údolí Berounky. Na jaře roku 2006 byla zpracována doprovodná studie, která územně technickou studii rozpracovala a dále řešila varianty vyústění tunelu v Praze (Hlubočepy a Malá Chuchle) a způsob překonání říčky Loděnice ve Svatém Janu pod Skalou (přemostění či podchod). Na jaře roku 2006 byla rovněž zpracována rozšířená geologická rešerše, která shrnovala veškeré poznatky o geologické stavbě zájmového území. Na rešerši navázala úvodní riziková analýza, ve které byla vyhodnocena rizika výstavby a provozu. Z možných variant trasy byla vybrána jako výsledná varianta 24,7 km dlouhého tunelu, který se severním obloukem částečně vyhýbá krasové oblasti mezi Prahou a Berounem (obr. 1). Výsledná trať od železniční stanice (ŽST) Praha-Smíchov vchází do tunelu v km 3,00 (portál Hlubočepy) a vychází v km 27,76 (portál Beroun), následně novým mostem překračuje řeku Berounku a pokračuje do ŽST Beroun v km 28,50. Nová trať zahrnuje i odbočku ze směru Praha-Vršovice, která začíná na ŽST Praha-Krč, využívá část stávající tratě Praha-Vršovice – Praha-Radotín a za Branickým mostem se tunelem napojuje se na hlavní
2. THE PRAGUE – BEROUN TUNNEL PLANNING PROCESS The planning study for the Prague Smíchov – Plzeň Main Station section was carried out in 2002, within the framework of the planning for the optimisation of the lines of the 3rd rail transit corridor. This document proposed, in compliance with the specification, that the optimised line follow the existing route, with local improvements to the parameters of the horizontal alignment. The work on the design for the land allocation process started subsequently. It was confirmed during the work that the operating rail line between Prague and Beroun, which follows the course of the Berounka River, did not allow any principal increase in the traffic speed because the existing line is in direct contact with the nature reserve of Bohemian Karst, which meant that no substantial modifications of the horizontal alignment were possible. This is why the decision was made that a new system of the high-speed railway connection between Prague and Plzeň running through long tunnels had to be examined. Several variants of the new connection line, which comprised both underground and surface sections, were submitted. The assessment of the variants resulted in a conclusion that they were unrealistic, with respect to the fact that the area south of Prague is built up. For that reason, other solutions were sought, with exceptionally long tunnels covering the major part of the route. The planning study which was carried out in 2005 assumed that the new rail line would lead through the 19km long Barrandov tunnel, beginning at Hlubočepy in Prague and ending in the valley of the Loděnice River, near the village of Svatý Jan Pod Skalou. The new line was to cross the valley on a 700m long viaduct, which would be followed by the 4km long Svatý Jan tunnel, ending in the valley of the Berounka River. In the spring of 2006, an attending study was issued, which elaborated the planning study and further solved variants of the tunnel mouth in Prague (at Hlubočepy and Malá Chuchle) and the technique of the crossing of the Loděnice River at Svatý Ján Pod Skalou (either a bridge or an underpass). An extended geological information search, which gathered all knowledge about the geological structure of the area of operations, was also carried out in the spring of 2006. The information search was followed by an initial risk analysis, which provided the evaluation of construction and operating risks.
5
17. ročník - č. 2/2008
1. Bázový tunel (53,1 km) / Base tunnel (53.1 km) 2. Šachta Avrieux / Avrieux shaft 3. Šachta Val Clarea / Val Clarea shaft 4. Tunel Bussoleno (12,2 km) / Bussoleno tunnel (12.2 km) 5. Stanice Bruzolo / Bruzolo station 6. Stanice Val Cenischia / Val Cenischia station 7. Průzkumná štola Venaus / Venaus pilot adit 8. Přístupový tunel Modane / Modane access tunnel 9. Přístupový tunel La Praz / La Praz access tunnel 10. Přístupový tunel Sant-Martin-de-la-Porte 2 / Sant-Martin-de-la-Porte access tunnel 11. Stanice Saint Jean-de-Maurienne / Saint Jean-de-Maurienne station
SMĚR TURÍN TURIN DIRECTION
4
5 6
3
1
7 8
9 SMĚR LYON LYON DIRECTION 11
10
Obr. 3 Bázový tunel na trati Lyon–Turín (www.ltf-sas.com) Fig. 3 The base tunnel on the Lyon – Turin rail line (www.ltf-sas.com)
tunel tratě Praha-Smíchov – Beroun. Odbočka na Krč bude sloužit pro zvláštní nákladní dopravu, osobní vlaky budou jezdit na ŽST Praha Smíchov. Běžná nákladní doprava bude vedena po stávající trati podél Berounky. Předběžný geotechnický průzkum zvolené trasy byl dokončen v květnu 2007. Přípravná dokumentace (dokumentace pro územní rozhodnutí) nového železničního spojení Praha – Beroun byla odevzdána v červnu 2007 a do konce roku 2007 byly do dokumentace zapracovány připomínky. Nyní probíhá schvalovací proces pro získání územního rozhodnutí, proces posuzování vlivu stavby na životní prostředí (EIA), příprava realizace průzkumných děl, příprava další fáze geotechnického průzkumu a výběrové řízení pro vypracování dalšího stupně rizikové analýzy. Zahájení prací na projektu stavby je předpokládáno během letošního roku. Zahájení výstavby projektu je předpokládáno v roce 2011, projekt by měl být dokončen v roce 2016. 3. PARAMETRY TUNELU PRAHA – BEROUN Návrhová rychlost tunelu by měla být 270 km/h. Zpracovaná přípravná dokumentace uvažuje realizaci dvou jednokolejných tunelů s kruhovým profilem o vnitřním průměru 8,3 m. Protisměrné tunely budou spojeny propojkami s rozestupy 400 m. Tunely budou obsahovat dva rozplety v oblasti Prahy (odbočka na Krč) a dva rozplety v oblasti Berouna (pro možnost realizace odbočení v budoucnu). Odbočení jsou řešena mimoúrovňově, protisměrná jízda vlaků v jednom tunelu je vyloučena. Geologická stavba v trase tunelu je poměrně pestrá. Ražba tunelu bude probíhat v horninách devonu (deskovité a lavicovité vápence, masivní dolomity s vložkami vápnitých a jílovitých břidlic), siluru (deskovité a lavicovité vápence, masivní dolomity s vložkami vápnitých, jílovitých a tufitických břidlic, diabasy, mandlovce a basalty) a v centrální části v km 11,0 – 17,5 v horninách ordoviku (jílovité břidlice s výskytem bloků tufitických a vápnitých břidlic siluru). Nadloží tunelu bude dosahovat až 160 m. Na základě dosud získaných informací o horninovém prostředí je předpokládán možný výskyt krasových jevů na úsecích v celkové délce přibližně 3 km. V úsecích s možným výskytem krasových jevů je předpokládána konvenční ražba (NRTM). Dále jsou očekávána směrná poruchová pásma v jílovitých břidlicích ordoviku a poměrně hustá příčná tektonika v úsecích o celkové délce okolo 10 km. Očekávaná hladina podzemní vody (HPV) je nad tunely, izolace veškerých podzemních staveb je navržena jako celoplošná. Ražba tunelů bude probíhat pomocí několika TBM, část tunelů bude ražena pomocí NRTM (tunely v oblasti pražských portálů, propojky, rozplety, šachty, atd.). Obousměrné ražby pomocí TBM jsou předpokládány ze staveniště u obce Tachlovice přibližně uprostřed tunelu, kde bude zřízen přístupový tunel, šachta a montážní komory pro TBM. Projekt bude umožňovat i ražbu směrem od Berouna. Vzhledem k nedostatku prostoru v oblasti pražských portálů je realizace NRTM ražeb mezi rozplety a pražskými portály předpokládána z přístupového tunelu Chuchle. Přístupové štoly Tachlovice a Chuchle budou využity pro geotechnický průzkum.
6
Of the possible route variants, the winning variant was the 24.7km long tunnel which partially bypasses the karst area between Prague and Beroun by means of a north-running curve (see Fig. 1). The resultant route, starting at Prague Smíchov railway station, enters the tunnel at km 3.00 (the Hlubočepy portals) and exits at km 27.76 (the Beroun portal), to cross the Berounka River on a new bridge, and continues to Beroun station, at km 28.50. The new line even comprises a branch joining it from the Prague Vršovice direction. The branch track starts at Prague Krč station, uses a part of the existing track between Prague Vršovice and Prague Radotín, and joins the main tunnel on the Prague Smíchov – Beroun line behind the Braník bridge. The branch for Krč will be used for special freight trains, whereas passenger trains will run to Prague Smíchov station. Common freight trains will use the existing rail line, along the Berounka River. The preliminary geotechnical survey for the selected route was finished in May 2007. The design documentation for issuance of zoning and planning decision for the new railway connection between Prague and Beroun was submitted in June 2007; responses to the comments were incorporated into the documentation before the end of 2007. The proceedings before the issuance of the zoning and planning approval are currently in progress, as well as the work on the Environmental Impact Assessment (EIA), preparation of the work on exploratory galleries, preparation of another phase of the geotechnical survey and tender proceedings for the next stage of the risk analysis. The construction work is expected to commence in 2011; the works should be completed in 2016. 3. PARAMETERS OF THE PRAGUE – BEROUN TUNNEL The design speed in the tunnel should be 270kph. The design documentation for issuance of zoning and planning decision proposes the construction of a pair of single-track tunnels, with an 8.3m i.d. circular cross section. The tunnel tubes will be interconnected by cross passages every 400m. The tunnels will contain two bifurcation chambers in the Prague area (the branching off for Krč) and two bifurcation chambers in the Beroun area (to
Obr. 4 Eurotunel – uspořádání (www.engineering.com) Fig. 4 The Eurotunel configuration (www.engineering.com)
17. ročník - č. 2/2008 4. OBDOBNÉ SVĚTOVÉ ŽELEZNIČNÍ TUNELY Připravovaný tunel Praha – Beroun je v ČR jedinečný především díky své neobvyklé délce. Nejdelším realizovaným českým dopravním tunelem je dálniční tunel Panenská na dálnici D8 o délce 2,1 km, nejdelším českým železničním tunelem je v současné době jednokolejný tunel Březno délky 1,8 km. V tab.1 jsou uvedeny nejdelší moderní světové železniční tunely, starší tunely uvedeny nejsou (např. přibližně 20 km dlouhé Simplonské tunely z počátku 20. století). Z uvedených tabulek je patrné, že připravovaný tunel Praha – Beroun patří mezi nejdelší světové železniční tunely, v celosvětovém měřítku neexistuje mnoho delších tunelů. Doposud je v provozu pouze 5 tunelů delších než 25 km (Seikan, Eurotunel a Iwate–Ichinohe, Lötschberg, Guadarrama). Do roku 2010 by měly být dokončeny další dva tunely s délkou dosahující 25 km (Hakkoda a Pajares), do roku 2016 další tři (Gotthard, Koralm a Iyama). 5. KONCEPCE USPOŘÁDÁNÍ OBDOBNÝCH TUNELŮ V minulosti byly železniční tunely na dvoukolejných tratích většinou navrhovány jako dvoukolejné, dva jednokolejné tunely byly používány především v nepříznivých geologických podmínkách, kde
make the branching off possible in the future). The branching off will be solved using a grade-separated configuration; trains are not allowed to run against the traffic in one tunnel. The geology along the tunnel alignment is quite chequered. The tunnel excavation will pass through Devonian rocks (tabular and bedded limestone, massive dolomites with calcareous and clayey shale interbeds), Silurian rocks (tabular and bedded limestone, massive dolomites with calcareous, clayey and tuffitic shale interbeds, diabase, amygdaloidal rock and basalt) and, in the central part at km 11.0 - 17.5, in Ordovician rocks (clayey shales and occurrences of blocks of Silurian tuffitic and calcareous shales). The tunnel cover will be up to 160m thick. As we know on the basis of the information which has been gathered till now, the possibility of the occurrence of karst phenomena within stretches at the total length of about 3km is expected. Conventional (NATM) excavation is expected to take place in the sections where the karst phenomena can be encountered. In addition, longitudinal weakness zones in the Ordovician clayey shales and relatively dense transverse faults are predicted for sections at the total length of about 10km. The water table is expected to be above the tunnel; therefore a closed waterproofing lining is designed for all underground structures. The tunnels will be driven by several TBMs; the NATM will be used for some portions of the tunnels (the tunnels in Prague portal areas, cross passages, bifurcation chambers, shafts etc.). The bi-directional TBM drives are assumed to start from the site facility near the village of Tachlovice, roughly at the midpoint of the tunnel, where an access tunnel, shaft and
Tab. 1 Nejdelší moderní železniční tunely Tunel
Umístění
Délka (km)
Zahájení provozu
Stav
Uspořádání
Bezpečnostní opatření
Gotthard Brenner
57 56
2015
Výstavba Příprava, průzkum
Seikan
Švýcarsko Rakousko – Itálie Japonsko
54
1988
Provoz
Dva jednokolejné tunely Dva jednokolejné tunely s paralelní únikovou štolou Jeden dvoukolejný tunel a úniková štola
Lyon–Turín
Francie – Itálie
53
2020
Příprava, průzkum
Dva jednokolejné tunely
2 multifunkční stanice 3 multifunkční stanice s přístupem na povrch 2 nouzové stanice, obslužný tunel propojený s hlavním tunelem po 600–1000 m (šachty, štoly) 4 nouzové stanice s přístupem na povrch
Eurotunel
Anglie – Francie
50
1994
Provoz
Gibraltar
Španělsko – Maroko 37,7
Lötschberg
Švýcarsko
34,6
2007
Provoz
Koralm
Rakousko
32,8
2016
Příprava, průzkum
Dva jednokolejné tunely a jeden obslužný tunel Dva jednokolejné tunely a obslužný tunel uprostřed Dva jednokolejné tunely (částečně jednokolejný tunel a štola) Dva jednokolejné tunely
Guadarrama
Španělsko
28.4
2007
Provoz
Dva jednokolejné tunely
Hakkoda Iwate–Ichinohe Pajares Iyama Wushaoling Vereina
Japonsko Japonsko Španělsko Japonsko Čína Švýcarsko
26,5 25,8 24,7 22,2 22,05 19
2010 2002 2010 2013 1999
Výstavba Provoz Výstavba Výstavba Provoz Provoz
CTRL (Londýn)
Anglie
19
2007
Provoz
Jeden dvoukolejný tunel Jeden dvoukolejný tunel Dva jednokolejné tunely Jeden dvoukolejný tunel Dva jednokolejné tunely Jeden jednokolejný tunel, částečně jeden dvoukolejný Dva jednokolejné tunely
Vaglia
Itálie
18,7
2008
Výstavba
Jeden dvoukolejný tunel
Qingling Ceneri
Čína Švýcarsko
18,5 15,4
2002 2018
Provoz Příprava
Dva jednokolejné tunely Dva jednokolejné tunely
Firenzuola Wienerwald
Itálie Rakousko
15,2 13,35
2008 2012
Výstavba Výstavba
Jeden dvoukolejný tunel Dva jednokolejné – 10,75 km Jeden dvoukolejný – 2,37 km
Bussoleno Lainzer
Francie – Itálie Rakousko
12,5 10,6
2020 2012
Příprava Výstavba
Katzenberg Zimmerberg Perthus
Německo Švýcarsko Španělsko
9,4 9,4 8,3
2012 2003
Provoz Výstavba
Dva jednokolejné tunely Dva jednokolejné – 2,3 km Jeden dvoukolejný – 8,3 m Dva jednokolejné tunely Jeden dvoukolejný tunel Dva jednokolejné tunely
Storebaelt
Dánsko
8
Provoz
Dva jednokolejné tunely
Marseille Abdalajis Groene Hart
Francie Španělsko Nizozemsko
7,8 7,3 7,16
Provoz Výstavba Výstavba
Jeden dvoukolejný tunel Dva jednokolejné tunely Jeden dvoukolejný tunel, koleje odděleny zdí s únikovými dveřmi
Příprava
2001
2 komory křížení Paralelní obslužný tunel na celou délku 2 stanice – jedna servisní a jedna úniková Nouzová stanice uprostřed délky tunelu bez přístupu na povrch 500 m dlouhý záchranný tunel uprostřed s propojkami po 50 m, nouzové komory po 2250 m
Bez únikového východu Ventilační a únikové šachty ve vzdálenosti max. 3 km 8 km obslužný tunel ve střední části s propojkami po 250 m Únikový východ uprostřed, odbočení v tunelu Únikové štoly délky 380 m až 1500 m 3 nouzové východy a kaverna pro kontrolu kouře se svislou šachtou Nouzové úniky vzdálené 120 – 599 m Ventilační šachty 4 propojky pro vybavení (vzdálenost 1,6 km) Ventilace pro případ havárie, monitorovací a kontrolní systém Bez nouzového úniku, bez ventilace 3 únikové šachty po 2,3 km
7
17. ročník - č. 2/2008 Tab. 1 The longest modern railway tunnels Tunnel
Location
Length (km)
Commissioning Status
Arrangement
Safety measures
Gotthard Brenner
Switzerland Austria - Italy
57 56
2015
construction planning, surveys
Seikan
Japan
54
1988
operation
Two single-track tunnels Two single-track tunnels with a parallel escape gallery One double-track tunnel with an escape gallery
Lyon - Turin
France - Italy
53
2020
planning, surveys
Two single-track tunnels
Eurotunnel
England - France
50
1994
operation
Gibraltar
Spain - Morocco
37.7
Lotschberg
Switzerland
34.6
2007
operation
Koralm
Austria
32.8
2016
planning, surveys
Two single-track tunnels and one service tunnel Two single-track tunnels and one service tunnel in the middle Two single-track tunnels (partially a single-track tunnel and a gallery) Two single-track tunnels
2 multiple-function stations 3 multiple-function stations with an access to the surface 2 emergency stations, service tunnel connected with the main tunnel every 600 - 1000m (shafts, galleries) 4 emergency stations with an access to the surface 2 crossover chambers
Guadarrama
Spain
28.4
2007
operation
Two single-track tunnels
Hakkoda Iwate-Ichinohe Pajares Iyama Wushaoling Vereina
Japan Japan Spain Japan China Switzerland
26.5 25.8 24.7 22.2 22.05 19
2010 2002 2010 2013 1999
construction operation construction construction operation operation
CTRL (London)
England
19
2007
operation
One double-track tunnel One double-track tunnel Two single-track tunnels One double-track tunnel Two single-track tunnels One single-track tunnel, partially one double-track tunnel Two single-track tunnels
Vaglia
Italy
18.7
2008
construction
One double-track tunnel
Qingling Ceneri
China Switzerland
18.5 15.4
2002 2018
operation planning
Two single-track tunnels Two single-track tunnels
Firenzuola Wienerwald
Italy Austria
15.2 13.35
2008 2012
construction construction
Bussoleno Lainzer
France - Italy Austria
12.5 10.6
2020 2012
planning construction
Katzenberg Zimmerberg Perthus
Germany Switzerland Spain
9.4 9.4 8.3
2012 2003
operation construction
One double-track tunnel Two single-track – 10.75km One double-track – 2.37km Two single-track tunnels Two single-track – 2.3km One double-track – 8.3km Two single-track tunnels One double-track tunnel Two single-track tunnels
Storebaelt
Denmark
8
operation
Two single-track tunnels
Marseille
France
7.8
operation
One double-track tunnel
Abdalajis Groene Hart
Spain the Netherlands
7.3 7.16
construction construction
Two single-track tunnels One double-track tunnel, tracks separated by a wall with escape doors
planning
2001
menší plocha výrubu znamenala bezpečnější ražbu. V současné době vzhledem k vyšším návrhovým rychlostem a především díky vyšším požadavkům na bezpečnost je stále častěji upřednostňován koncept dvou jednokolejných tunelů spojených propojkami (tab. 4, obr. 2 a 3). U stávajících tunelů vznikají požadavky dodatečného zhotovení únikových východů (paralelní štoly s propojkami či únikové šachty). Některé tunely jsou dokonce navrhovány jako dva železniční tunely s paralelním obslužným či únikovým tunelem, což je z hlediska bezpečnosti přirozeně nejvýhodnější řešení, na druhou stranu toto řešení znamená nejvyšší cenu. Ve všech případech evropských tunelů nad 20 km jsou protisměrné tratě umístěny do dvou samostatných tunelů spojených v pravidelných intervalech propojkami. Realizace třetího obslužného či únikového tunelu byla použita pouze u Eurotunelu (50 km) (obr. 4), dále pak je plánována u bázového tunelu Brenner (56 km) (obr. 5). Koncept jednoho dvoukolejného tunelu s délkou přes 20 km je preferován pouze v Japonsku. Nejdelšími provozovanými dvoukolejnými tunely jsou Seikan (54 km) a Iwate – Ichinohe (26 km). V současné době také probíhá v Japonsku stavba dvoukolejných tunelů Hakkoda (26,5 m) a Iyama (22 km). Z pohledu dlouhých tunelů je zcela výjimečný koncept švýcarského tunelu Vereina (19 km), který je na většině délky jednokolejný a je zcela bez únikových východů. Jedná se však o tunel pro úzkokolejné soupravy s nízkou návrhovou rychlostí. Nejdelšími dvoukolejnými tunely v Evropě budou italské tunely Vaglia (19 km) a Firenzuola (15 km) na trati Boloňa–Florencie. Délky všech ostatních dvoukolejných tunelů v Evropě nepřekračují 10 km.
8
Parallel service tunnel throughout the length 2 stations – one service st. and one escape st. Emergency station in the middle of the tunnel length, without access to the surface 500 m long rescue tunnel in the middle; cross passages every 50m, emergency chambers every 2250m
Without escape exit Ventilation and escape shafts at max. spacing of 3km 8km long service tunnel in the middle part, cross passages every 250m Escape exit in the middle, branching off in the tunnel Escape galleries 380m to 1500m long 3 emergency exits and a smoke control cavern and vertical shaft
Emergency exits every 120 – 599m Ventilation shafts 4 cross passages for equipment (1.6km spacing) Emergency ventilation, monitoring and control system Without emergency exit, without ventilation 3 escape shafts at 2.3km spacing
TBM assembly chambers will be excavated. The design will allow the excavation to proceed even in the direction from Beroun. Because of lack of space in the area of the Prague portals, the NATM excavation of the section between the bifurcation chambers and Prague portals is assumed to be carried out through the Chuchle access tunnel. The Tachlovice and Chuchle access adits will be used for geotechnical surveys. 4. SIMILAR RAILWAY TUNNELS IN THE WORLD The Prague – Beroun tunnel which is being prepared is unique first of all owing to its length, which is unusual in the Czech Republic. The longest Czech transit tunnel which has been built is the 2.1km long Panenská tunnel on the D8 motorway, whereas the longest Czech rail tunnel is currently the 1.8km long, single-track tunnel Březno. Table 1 presents the world’s longest, modern rail tunnels; older tunnels (e.g. the approximately 20km long Simplon tunnels from the beginning of the 20th century) are not shown. It is obvious from the table that the planned Prague – Beroun tunnel belongs among the longest rail tunnels in the world. There are not many longer tunnels worldwide. So far, only 5 tunnels longer than 25km have been opened (Seikan, Eurotunel and Iwate – Ichinohe, Lotschberg, Guadarrama). Other two tunnels with the length reaching 25km should be finished by 2010 (the Hakkoda and Pajares tunnels), and other three (the Gotthard, Koralm and Iyama) by 2016. 5. CONFIGURATION CONCEPTS OF SIMILAR TUNNELS In the past, the double-track configuration was mostly designed for railway tunnels on double-track lines; two single-track tunnel tubes were used,
17. ročník - č. 2/2008 Severní portál Innsbruck Innsbruck North portal
Stanice Innsbruck Innsbruck station Přístupový tunel Access tunnel
Stanice Steinach Steinach station
Přístupový tunel Access tunnel
Stanice Wiesen Wiesen station Přístupový tunel Access tunnel
Jižní portál Fortezza Fortezza South portal Obr. 5 Brennerský bázový tunel – uspořádání (www.bbt-se.com) Fig. 5 The Brenner base tunnel configuration (www.bbt-se.com)
6. PODZEMNÍ STANICE Bezpečnostní koncept dlouhých železničních tunelů velmi často zahrnuje podzemní stanice. Důvodem je záměr, aby při ohrožení života cestujících v osobních vlacích délka jízdy vlaku do bezpečného místa nepřekračovala 20 km. Bezpečnostní stanice jsou zpravidla vybaveny dostatečnými prostory a adekvátní ventilací, aby v nich cestující mohli počkat na příjezd záchranného vlaku. Zpravidla se jedná o tunely paralelní s traťovými tunely, které jsou v intervalech cca 50 m propojeny s traťovými tunely. Díky nutnosti ventilace stanic jsou tyto stanice zpravidla propojeny s povrchem pomocí přístupových tunelů a šachet. Gotthardský bázový tunel (57 km) zahrnuje 2 podzemní stanice Sedrun a Faido (obr. 2). Lötschberský bázový tunel (34,6 km) zahrnuje jednu podzemní stanici Ferden (obr. 6). Brennerský bázový tunel (56 km) bude mít 3 podzemní stanice (obr. 5), bázový tunel Lyon–Turin (53 km) bude zahrnovat 4 podzemní stanice (obr. 3), tunnel Koralm (32,8 km) bude mít jednu stanici s obslužným tunelem uprostřed v polovině délky (obr. 7), obdobně tunel Guadarrama (28 km) bude mít 500 m dlouhou oblast s obslužným tunelem uprostřed asi v polovině délky. 7. PŘEJEZDY MEZI JEDNOKOLEJNÝMI TUNELY A ODBOČENÍ V TUNELU Přejezdy mezi jednokolejnými tunely byly navrženy na většině velmi dlouhých železničních tunelů. V případě Eurotunelu byly pro přejezdy vybudovány dlouhé dvoukolejné kaverny, v ostatních případech jsou přejezdy řešeny jako šikmé jednokolejné tunely spojující hlavní traťové tunely (např. tunely Gotthard, Lötschberg, Brenner, Pajares, atd.). Přejezdy nebyly navrženy pouze v některých případech (např. na tunelu Koralm). Odbočení trati bývá zpravidla navrhováno mimo tunel, odbočení v tunelu není běžné řešení. Tomuto řešení se však v některých specifických
first of all, in unfavourable geological conditions, where the smaller excavated area meant safer excavation processes. Today, with respect to higher design speeds and, above all, more demanding safety requirements, the configuration with two single-track tunnels connected by means of cross passages (see Table 4, Figures 2 and 3) is more and more often given preference. Existing tunnels have to cope with requirements for provision of additional of escape exits (parallel galleries with cross passages or escape shafts). Even further, some tunnels are designed as two railway tunnels with a parallel service or escape tunnel, which is, of course, the most convenient solution in terms of safety; on the other hand, this solution means the highest cost. In all of the cases of European tunnels longer than 20km, opposing tracks are placed in two independent tunnel tubes, which are connected at regular intervals by cross passages. The third tunnel for services or escape services was implemented only in the case of the Eurotunnel (50km) (see Fig. 4) and it is planned for the Brenner base tunnel (56km) (see Fig. 5). The concept of a single, double-track tunnel longer than 20km is preferred only in Japan. The longest operating double-track tunnels are the Seikan (54km) and Iwate-Ichinohe (26km). In addition, the construction of the Hakkoda (26.5km) and Iyama (22km) double-track tunnels is currently underway in Japan. The concept of the Swiss tunnel Vereina (19km) is absolutely exceptional in terms of long tunnels. It is a single-track configuration throughout the major part of its length, without any escape exit. Although, this is a tunnel designed for low design speed, narrow-gauge trains. The longest double-track tunnels in Europe will be the Vaglia (19km) and Firenzuola (15km) tunnels in Italy, on the Bologna – Florence rail line. The lengths of all other double-track tunnels in Europe do not exceed 10km. 6. UNDERGROUND STATIONS The safety concept of long railway tunnels very often incorporates underground stations. The reason is the intention to limit the length of travel of a passenger train to a safe place, in the case of a threat to passengers’ life, to 20km. The safety stations are usually equipped with sufficient
9
17. ročník - č. 2/2008
LEGENDA / LEGEND 1. Jižní portál – South portal 2. Východní tunel – Eastern tunnel 3. Přístupový tunel Mitholz – Mitholz access tunnel 4. Stanice Ferden – Ferden station 5. Západní tunel – Western tunnel 6. Stanice Mitholz – Mitholz station 7. Severní portál Frutigen – Frutigen North portal
1.
4.
2.
5.
6. 3.
7.
Obr. 6 Lötschberský bázový tunel – uspořádání (www.blsalptransit.ch) Fig. 6 The Lötschberg base tunnel configuration (www.blsalptransit.ch)
případech není možné vyhnout. Odbočení v tunelu například bude na hloubené části tunelu Wienerwald, dále je plánováno na Brennerském bázovém tunelu a na bázovém tunelu Ceneri. V případě tunelu Praha – Beroun bude nutné důkladně prověřit veškerá rizika odbočení ve vysokorychlostním tunelu a vliv tohoto řešení na provoz. 8. VNITŘNÍ PRŮMĚR JEDNOKOLEJNÝCH TUNELŮ Vnitřní průměr jednokolejných železničních tunelů se odvíjí od řady faktorů (předpokládané vlakové soupravy, způsobu uchycení trakce, návrhová rychlost, atd.). Díky tomu se tento parametr u různých tunelů značně odlišuje. V tab. 2 jsou uvedeny vnitřní průměry některých dlouhých jednokolejných železničních tunelů. Tab. 2 Vnitřní průměry dlouhých železničních tunelů Tunel
Umístění
Gotthard Eurotunel Lötschberg Guadarrama Pajares CTRL
Švýcarsko Francie–Anglie Švýcarsko Španělsko Španělsko Velká Británie
Katzenberg Perthus Storebaelt Abdalajis
10
Délka (km)
57 50 34,6 28.4 24,7 19 (36,8) Německo 9,4 Španělsko–Francie 8,3 Dánsko 8 Španělsko 7,3
Rychlost (km/h)
250 160 250 350 270 250 160 km/h 350 km/h
Uvedení Vnitřní do provozu průměr (m) 2015 1994 2007 2007 2010 2007
8,30 7,60 8,40 8,50 8,50 7,15
2012 Výstavba Provoz Výstavba
9,40 8,70 7,70 8,80
spaces and adequate ventilation, enabling passengers to wait for the arrival of a rescue train. The stations have usually the form of tunnels, parallel with the running tunnels, which are connected with the running tunnels by cross passages at about 50m intervals. Thanks to the necessity for the ventilation of the stations, the stations are usually connected with the surface through access tunnels and shafts. The Gotthard base tunnel (57km) comprises 2 underground stations, i.e. the Sedrun and Faido (see Fig. 2). The Lotschberg base tunnel (34.6km) comprises one underground station, the Ferden station (see Fig. 6). The Brenner base tunnel (56km) will have 3 underground stations (see Fig. 5); the Lyon – Turin base tunnel (53km) will comprise 4 underground stations (see Fig. 3); the Koralm tunnel (32.8km) will have one station with a service tunnel in the middle of its length (see Fig. 7); similarly, the Guadarrama tunnel (32.8km) will have a 500m long area with a service tunnel, roughly in the middle of the tunnel length. 7. CROSSOVER CONNECTIONS AND TRACK BIFURCATIONS IN TUNNEL Crossover connections between two single-track tunnels were designed for the majority of long rail tunnels. Long, double-track crossover chambers were built in the case of the Eurotunnel; in the other cases, the switching is solved through single-track tunnels running at an angle and connecting the main running tunnels (e.g. the Gotthard, Lotschberg, Brenner, Pajares and other tunnels). The cases where no crossovers were designed are infrequent (e.g. the Koralm tunnel). Bifurcation of the track is usually designed to be outside the tunnel; the track bifurcation inside the tunnel is not a common configuration. This configuration, however, is impossible to avoid in some specific cases. The track bifurcation inside a tunnel configuration will be used, for example, within the cut and cover section of the Wienerwald tunnel; further it is planned for the Brenner base tunnel and the Ceneri base tunnel. As far as the Prague – Beroun tunnel is concerned, all hazards associated with the branching off from a high-speed railway tunnel and the influence of this solution on the operation will have to be examined.
17. ročník - č. 2/2008 Z uvedených vnitřních profilů jsou nejmenší britské – Channel Tunnel Rail Link (CTRL) – 7,15 m a Channel Tunnel (Eurotunel) – 7,6 m. Oba tunely jsou na jedné železniční trati mezi Londýnem a Paříží. Důvodem minimalizace profilů byla snaha o minimalizaci výsledné ceny. Eurotunel slouží jak pro běžné vlaky UIC (International Union of Railways), tak i pro objemnější nákladní vlaky. CTRL slouží pouze pro vlaky UIC, proto bylo možné dosáhnout ještě menšího profilu než u Eurotunelu. Eurotunel byl navržen s vysokým poměrem příčného řezu vlaku ku příčnému řezu tunelu (tzv. blockage ratio). V případě vlaků UIC je to 25 %, v případě nákladních vlaků je to dokonce 50 %. Přirozeně tento vyšší poměr přináší vyšší odpor vzduchu během jízdy vlaku, proto byly v Eurotunelu navrženy kanály pro uvolnění tlaku vzduchu. Kanály spojují železniční tunely (nad obslužným tunelem) a jejich rozestup je 250 m. Tímto způsobem je tlak vzduchu naakumulovaný před lokomotivou převeden do míst s nižším tlakem. Přirozeně veškeré vybavení tunelu bylo nutné přizpůsobit minimálnímu prostoru. U švýcarských bázových tunelů (Lötschberg, Gotthard) se podařilo velikost vnitřního profilu redukovat na 8,3 m. Obdobně jako u britských tunelů si daná redukce vyžádala řadu nestandardních opatření. Nestandardní uchycení trakce muselo být vzhledem k vysoké návrhové rychlosti posuzováno na dynamické zatížení tlakem vzduchu. Největší profil má z uvedených příkladů tunel Katzenberg v Německu, jehož profil je 9,4 m. Důvodem většího profilu u tohoto tunelu byla obava projektantů z možných průsaků vody skrz segmentové ostění, proto byla ponechána možnost dodatečné realizace vnitřního ostění. 9. UMÍSTĚNÍ PROPOJEK A NOUZOVÝCH ÚNIKŮ U dlouhých železničních tunelů se považuje za nutné, aby cestující v případě mimořádných událostí měli možnost úniku do bezpečného prostoru. Proto závisí bezpečný únik především na délce únikové cesty k tunelové propojce či k východu z tunelu (portály, únikové tunely či šachty). Tunelové propojky jsou standardním zajištěním úniku v případě dvou jednokolejných tunelů. Vhodná volba jejich vzdálenosti je z hlediska bezpečnosti zcela zásadní. Volba vzdálenosti propojek závisí na mnoha faktorech (požadavky hasičských záchranných sborů, předpokládané scénáře mimořádných událostí, velikost tunelu, vlastnosti materiálu v tunelu a ve vlakových soupravách, atd.). Proto se vzdálenosti propojek na různých projektech značně liší. Shrnutí vzdáleností propojek či únikových východů je provedeno v tab. 3. Obecně se vzdálenost propojek v případě dvou jednokolejných tunelů pohybuje mezi 250 m (Guadarrama, Great Belt) a 500 m (Koralm (obr. 7), Katzenberg, Wienerwald (obr. 8)), na tunelech Channel Tunnel Rail Link (CTRL) byla dokonce původně plánovaná vzdálenost 350 m zvýšena na 750 m. V případě jednoho dvoukolejného tunelu je délka únikových cest v některých případech ještě výrazně vyšší. Tunely Vereina (19 km) a Marseille (7,8 km) nemají žádné únikové cesty, délka únikových cest na v současné době realizovaných italských tunelech Firenzuola a Vaglia bude přesahovat 4 km. 1. Šachta Paierdorf – Paierdorf shaft 2. Západní portál – West portal 3. Průzkumná štola – Pilot adit 4. Nouzová stanice – Emergency station 5. Šachta Leibenfeld – Leibenfeld shaft 6. Východní portál – East portal
8. INTERNAL DIAMETER OF SINGLE-TRACK TUNNELS The inner diameter of single-track tunnels depends on many factors (the anticipated trains, the system of fixation of the contact line, design speed etc.). Owing to this fact, this parameter significantly varies for various tunnels. Table 2 presents inner diameters of some long single-track tunnels. Tab.2 Internal diameters of long rail tunnels Tunnel
Location
Gotthard Eurotunel Lötschberg Guadarrama Pajares CTRL
Switzerland 57km France - England 50km Switzerland 34.6km Spain 28.4 km Spain 24.7km UK 19km (36.8 km) Katzenberg Germany 9.4 km Perthus Spain - France 8.3 km Storebaelt Denmark 8km Abdalajis Spain 7.3 km
6.
4. 3.
3.
2.
Obr. 7 Tunel Koralm – uspořádání (www.ita-aites.org) Fig. 7 The Koralm tunnel configuration (www.ita-aites.org)
Speed Commissioning 250kph 160 kph 250 kph 350 kph 270 kph 250 kph
2015 1994 2007 2007 2010 2007
2012 Construction 160 kph Operation 350 kph Construction
Internal diameter 8.30m 7.60m 8.40m 8.50m 8.50m 7.15m 9.40 m 8.70m 7.70m 8.80m
The smallest of the above-mentioned inner diameters have the British tunnels –Channel Tunnel Rail Link (CTRL) – 7.15m and Channel Tunnel (Eurotunel) – 7.6m. Both tunnels are on one rail line between London and Paris. The reason for the minimisation of the profiles was an effort for the minimisation of the resultant cost. The Eurotunnel is used by both common UIC (International Union of Railways) trains and higher capacity freight trains. The CTRL is designed only for UIC trains, which is the reason why even a smaller profile could be achieved than that of the Eurotel. The ratio of the train cross-sectional area to the tunnel cross-sectional area (the so-called blockage ratio) which was designed for the Eurotunnel is high. The ratio for the UIC trains is 25%, whereas the ratio for freight trains is even 50%. Naturally, the higher ratio means higher resistance of air during the train travel. For that reason, pressure-relieving ducts were designed for the Eurotunnel. The ducts connecting the rail tunnels (running over the service tunnel) are installed at 250m spacing. This system allows the air which accumulates in front of the locomotive to be diverted to locations where the pressure is lower. Of course, all tunnel equipment had to be accommodated to the minimum space. The dimensions of the inner profiles of the Swiss base tunnels Lotschberg and Gotthard were successfully reduced to 8.3m. Similarly to British tunnels, the reduction required many non-standard measures. Because of the high design speed, non-standard fixation of the contact line had to be designed to withstand the dynamical air pressure load. Of the above-mentioned examples, the Katzenberg tunnel in Germany has the largest profile, 9.4m diameter. The reason for the larger profile of this tunnel was the fact that the designers feared possible seepage through the segmental lining. This design allowed the additional installation of an inner lining in the future.
5.
1.
Length
9. LOCATION OF CROSS PASSAGES AND EMERGENCY EXITS It is considered necessary that a long rail tunnel must give passengers the opportunity to escape to a safe space in the case of an emergency. The safe escape therefore depends, first of all, on the length of the escape route to a cross passage or a tunnel exit (portals, escape tunnels or shafts). Tunnel cross passages are a standard means of securing safety in the case of a twin-tube tunnel. The proper choice of the spacing of the cross passages is therefore of utmost importance. The choice of the spacing of cross passages depends on
11
17. ročník - č. 2/2008 Tab. 3 Vzdálenost propojek a únikových východů Tunel
Délka (km)
Uvedení do provozu
Uspořádání
Groene Hart
7,16
Perthus Storebaelt Guadarrama Ceneri Base Tunnel (CBT) Gotthard Lötschberg
8,3 8 28,4
2007
15,4 57 34,6
2018 2015 2007
Brenner Base Tunnel (BBT) Abdalajis Eurotunel
56 7,3 50
1994
Lyon - Turín Bussoleno Koralm Katzenberg Wienerwald
53 12,5 32,8 9,4 13,35
2015 2015 2016 2012 2012
Seikan CTRL (Londýnské tunely) Lainzer
54 19
1988 2007
10,6
2012
Vaglia
18,7
2008
Dva jednokolejné 2,3 km Jeden dvoukolejné 8,3 km Dvoukolejný
Firenzuola
15,2
2008
Dvoukolejný
Marseille Vereina
7,8 19
2001 1999
Dvoukolejný Jeden jednokolejný (6 km dvoukolejný)
Jeden dvoukolejný tunel s přepážkou Dva jednokolejné tunely Dva jednokolejné tunely Dva jednokolejné tunely Dva jednokolejné tunely Dva jednokolejné tunely Dva jednokolejné tunely (částečně jeden jednokolejný a štola) Dva jednokolejné tunely Dva jednokolejné tunely Dva jednokolejné tunely a jeden obslužný tunel Dva jednokolejné tunely Dva jednokolejné tunely Dva jednokolejné tunely Dva jednokolejné tunely Dva jednokolejné 10,75 km Jeden dvoukolejný 2,37 km Jeden dvoukolejný tunel Dva jednokolejné tunely
Vzdálenost propojek (únikových východů) (m) Dveře po 150 m 200 250 250 320 325 333 333 350 375 400 400 500 500 500 3 ks 600–1000 750 (původně plánováno 350 ) Vzdálenost únikových východů 120–599 Vzdálenost únikových východů až 4500 Vzdálenost únikových východů až 5000 Bez únikových východů Bez únikových východů
Tab.3 Spacing of cross passages and escape exits
12
Tunnel
Length (km)
Commissioning
Groene Hart Perthus Storebaelt Guadarrama Ceneri Base Tunnel (CBT) Gotthard Lötschberg
7.16 8.3 8 28.4 15.4 57 34.6
Brenner Base Tunnel (BBT) Abdalajis Eurotunel Lyon - Turin Bussoleno Koralm Katzenberg Wienerwald
56 7.3 50 53 12.5 32.8 9.4 13.35
1994 2015 2015 2016 2012 2012
Seikan CTRL (London tunnels) Lainzer
54 19
1988 2007
10.6
2012
Vaglia
18.7
2008
Two single tracks 2.3km One double-track 8.3km One double-track
Firenzuola
15.2
2008
One double-track
Marseille Vereina
7.8 19
2001 1999
One double-track One single-track (6km double-track)
2007 2018 2015 2007
Configuration
Spacing of cross passages / escape exits [m]
One double-track tunnel with a dividing wall Two single-track tunnels Two single-track tunnels Two single-track tunnels Two single-track tunnels Two single-track tunnels Two single-track tunnels (partly one single-track plus a gallery) Two single-track tunnels Two single-track tunnels Two single-track tunnels plus one service tunnel Two single-track tunnels Two single-track tunnels Two single-track tunnels Two single-track tunnels Two single tracks 10.75km One double-track 2.37km One double-track tunnel Two single-track tunnels
Doors - 150 200 250 250 320 325 333 333 350 375 400 400 500 500 500 3 exits 600 - 1000 750 (original plan: 350) Spacing of escape exits: 120 - 599 Spacing of escape exits: up to 4500 Spacing of escape exits: up to 5000 Without escape exits Without escape exits
17. ročník - č. 2/2008
LEGENDA / LEGEND 1. Dva jednokolejné tunely ražené TBM / TBM driven pair of single – track tunnels 2. Dvoukolejný tunel ražený NRTM – NATM driven double-track tunne 3. Hloubený úsek – Cut and cover section 4. Přístupový tunel – Access tunnel 5. Ventilační šachta – Ventilation shaft 4. 6. Únikové východy – Escape exits
1. 5.
6.
2.
3.
Obr. 8 Tunel Wienerwald – uspořádání (Kohler 2007) Fig. 8 The Wienerwald tunnel configuration (Kohler 2007)
10. VÝSTAVBA TUNELŮ V KRASOVÝCH OBLASTECH Rizika krasových oblastí pro podzemní díla jsou známá. Pohybují se od nestabilních vápencových svahů a lokálních depresí až k obrovským podzemním rezervoárům. Tunely ražené v krasových oblastech často zastihují dutiny. Rozměrné podzemní dutiny mohou zastavit postup ražeb i na mnoho měsíců. Například v případě NRTM ražby železničního tunelu Irlahull délky 7,3 km v Německu došlo ve staničení 300–400 m od jižního portálu k velmi výrazným stabilitním problémům ostění, kvůli čemuž bylo nutné ražbu přerušit na 1,5 roku. Prodlevy vzniklé především kvůli zastiženým krasovým jevům (obr. 9) prodloužily
many factors (requirements of fire brigades, anticipated scenarios of emergencies, tunnel dimensions, properties of materials used in the tunnel and trains etc.). This is the reason why the spacing of cross passages significantly varies for different projects. The overview of the spacing of cross passages or escape exits is presented in Table 3. In general, the spacing of cross passages in the cases of a pair of single-track tunnels varies between 250m (Guadarrama, Great Belt) and 500 m (Koralm (see Fig.7), Katzenberg, Wienerwald (see Fig. 8); the planned spacing of 350m in the Channel Tunnel Rail Link (CTRL) was even increased to 750m. In the case of a double-track tunnel, the length of escape routes is in some cases even much greater.
Tab. 4 Projekty tunelů v krasových oblastech Tab. 4 Tunnel construction projects in karst areas Tunel / Tunnel
Země / Country
Účel / Purpose
Délka / Length (km)
Profil / Profile (m)
SMART Monte Zucco Yellow River Diversion (Lot 3) Tuzla
Malajsie / Malaysia Itálie / Italy Čína / China Turecko / Turkey
silniční, voda / road, water železniční / railway vodovodní / water vodovodní / water
9,7 2,7 41 6,5
13,2 8 4,9 5
Xiaotang–Gantang Irlahull Sv. Rok Kastalec Katzenberg Lučica Tuhobič Qiyueshan Benátky–Terst
Čína / China Německo / Germany Chorvatsko / Croatia Slovinsko / Slovenia Německo / Germany Slovinsko / Slovenia Chorvatsko / Croatia Čína / China Itálie / Italy
silniční / road železniční / railway silniční / road silniční / road železniční / railway silniční / road silniční / road železniční / railway železniční / railway
2x7 7,3 5,8 2,2 2 x 9,4 2 x 0,6 2 x 2,1 10 27
12 9,5 12 12 11,1 12 10,9 ? ?
Metoda ražby Excavation method
Stav State
bentonitové TBM / slurry TBM EPB TBM / EPB TBM hardrock TBM / hardrock TBM NRTM (4,9 km) / NATM (4.9km) TBM (1,6 km) / TBM (1,6 km) NRTM / NATM NRTM / NATM NRTM / NATM NRTM / NATM EPB TBM / EPB TBM NRTM / NATM NRTM / NATM ? ?
provoz / operation provoz / operation provoz / operation provoz / operation provoz / operation provoz / operation provoz / operation provoz / operation výstavba / construction výstavba / construction výstavba / construction příprava / planning příprava / planning
13
17. ročník - č. 2/2008 The Vereina tunnel (19km) and Marseille tunnel (7.8km) have no exit routes; the length of escape routes in the Firenzuola and Vaglia tunnels, which are currently under construction, will exceed 4km.
Obr. 9 Krasové jevy zastižené při ražbě tunelu Irlahull (ILF Consulting Engineers s. r. o.) Fig. 9 The karst phenomena encountered during the course of the Irlahull tunnel excavation (ILF Consulting Engineers s.r.o.)
celkově realizaci projektu o 27 měsíců. Během ražby 88 km tunelů vodohospodářského projektu Wan Jia Zhai Yellow River Diversion v Číně byly zastiženy velmi rozměrné podzemní dutiny, které zastavily postup tunelovacích strojů TBM také v několika případech na několik měsíců a mnoho menších dutin také velmi značně zpozdilo ražby. Z hlediska volby metody ražby je přirozeně konvenční tunelování pomocí NRTM podstatně flexibilnější, což je zpravidla výhodou při ražbě v heterogenním prostředí (relativně tvrdý vápenec, dutiny, měkká výplň dutin, atd.). Průzkum prostoru před čelbou pomocí vrtů lze při NRTM provést podstatně důkladněji v porovnání s TBM, poloha a směr jednotlivých vrtů nejsou příliš omezeny, lze vrtat kompletní vějíře od stropu tunelu až po spodní klenbu. Při využití TBM jsou možnosti vrtů omezené. TBM sestavené pro ražbu v krasu by mělo umožňovat realizaci vrtů po celém obvodu stroje. TBM by mělo být vybaveno zařízením umožňujícím geofyzikální průzkum prostoru před čelbou, které by pomohlo identifikovat dutiny s předstihem. Pro ilustraci jsou v tab. 4 uvedeny některé projekty tunelů v krasových oblastech s uvedením metody ražby. 11. ZÁVĚR Připravovaný tunel Praha–Beroun svými parametry, tj. způsobem a dobou výstavby, délkou a cenou přesahuje všechny zatím realizované dopravní stavby v ČR. Svou jedinečností znamená velkou výzvu pro české tunelářské stavitelství a zároveň také příležitost posunout v následujícím desetiletí tento obor v ČR na úroveň umožňující podílet se na obdobných budoucích stavbách v Evropě i ve světě. Maximální pozornost a úsilí věnované přípravě projektu je podmínkou předpokládaného urychleného zahájení výstavby. Průběh vlastní výstavby bude odpovídat rozsahu a kvalitě přípravy a kontroly provádění. Zkušenosti z obdobných evropských projektů nám přitom mohou být velmi cenným podkladem. ING. MATOUŠ HILAR, MSc., Ph.D., CEng., MICE.,
[email protected], ING. MARTIN SRB;
[email protected]; D2 CONSULT PRAGUE s. r. o. Recenzoval: Prof. Ing. Josef Aldorf, DrSc.
10. TUNNEL CONSTRUCTION IN KARST AREAS Hazards to underground workings in karst areas are known. They range from instable limestone slopes and local depressions to extensive underground reservoirs. Tunnel excavation passing through karst regions frequently encounters cavities. Big underground caverns are able to cause the suspension of the progress of excavation even for many months. For example, the NATM excavation of the 7.3km long Irlahull railway tunnel in Germany encountered serious problems of the lining stability at a distance of 300 – 400m from the southern portal, which caused the suspension of excavation for 1.5 years. The delays which were caused, above all, by the encountering of karst phenomena (see Fig. 9) extended the total construction time by 27 months. Very large underground cavities which were encountered during the TBM driving of the Wan Jia Zhai Yellow River Diversion tunnel in China suspended the progress of the TBMs in several cases even for several months; numerous smaller cavities also caused significant delays of the excavation. Naturally, in terms of the selection of the excavation method, the traditional NATM tunnelling is substantially more flexible, which is usually advantageous during the excavation through a heterogeneous environment (relatively hard limestone, cavities, soft fill of cavities etc.). The probe drilling ahead of the excavation face can be carried out much more thoroughly when the NATM is used compared to the TBM use; positions and directions of individual boreholes are not too much restricted, complete arrays of boreholes can be drilled from the crown to the invert. When TBMs are used, the possibilities are limited. A TBM which is designed for the excavation through karst should allow the drilling around the complete circumference of the machine. The TBM should be provided with such equipment which allows a geophysical survey ahead of the face, which would be helpful in the detection of cavities in advance. For purposes of illustration, Table 4 presents some tunnelling projects which were implemented in karst areas, together with the particular excavation methods. 11. CONCLUSION Currently planned the Prague – Beroun tunnel exceeds all transportrelated tunnels constructed in the Czech Republic in terms of its parameters (i.e. construction method, construction period, length and cost). Owing to its uniqueness, it poses a great challenge for the Czech tunnel engineering, but at the same time, it offers an opportunity to raise this industry in the Czech Republic during the next decade to the level which will allow a participation in similar projects in Europe and worldwide. Maximisation of the attention and efforts put into the project planning is a condition for the anticipated expeditious commencement of the construction. The course of the construction itself will correspond to the extent and quality of planning processes and control over the execution of the works. The know-how gained from similar European projects can become valuable help in this process. ING. MATOUŠ HILAR, MSc., PhD., CEng., MICE.,
[email protected], ING. MARTIN SRB;
[email protected]; D2 CONSULT PRAGUE s.r.o.
LITERATURA / REFERENCES Barták, J.–Gramblička, M.–Růžička, J.–Smolík, J.–Sochůrek, J.–Šourek, P (2007): Podzemní stavitelství v České republice. Satra Praha. Bopp, R (2001): The distance of cross passages in twin bore railway tunnels. 4th International Conference on Safety in Road and Railway Tunnels, Madrid, Spain. Čížek, F. (2007): Aktuální stav přípravy a realizace III. TŽK. Železnice 2007. Kohler, H. (2007): Wienerwaldtunnel–a challenging tunneling project. Proceedings of the WTC 2007 in Prague. Kovari, K.–Descoeudras, F. (2001): Tunnelling Switzerland. Swiss Tunnelling Society. Bertelsmann Fachzeitschriften GmbH. Krása, D.–Růžička, J.–Hasík, O. (2007): Prague–Beroun, New Railway Connection. Proceedings of the WTC 2007 in Prague. Mára, J.–Růžička, J. (2006): Modernizace železniční tratě Praha–Beroun.Tunel 1/2006. Pöttler, R..–Thum, F.–Jöbstl W. (2007): Driving of shallow tunnel in uncertain geological boundary conditions–a case history. Proceedings of the WTC 2007 in Prague. SUDOP Praha a. s. (2007): Praha–Beroun, nové železniční spojení. Přípravná dokumentace.
14
